Наноструктурированные стекла на основе системы K2 O-TiO2-P2 O5 с эффектом генерации второй оптической гармоники

• Автор: Акимова, Ольга Валерьевна
• Шифр специальности: 05.17.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 163 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Список обозначений

Введение

1. . Обзор литературы.

1.1. Нелинейнооптические явления в стеклах.

1.1.1. Общие представления о нелинейнооптических свойствах

материалов.

1.1.2. Методы инициирования оптической нелинейности в стеклах

1.1.2.1. Электрическая поляризация

1.1.2.2. Поверхностная кристаллизация.

1.1.2.3. Допирование стекол нано и микрокристаллами полупроводников и металлов

1.1.2.4. Наноструктурирование стекол нелинейнооптическими оксидными кристаллами
1.2. Предполагаемые механизмы возникновения оптической
нелинейности в стеклах.
1.3. Анизотропия связей ИО в стеклах и ее возможная роль
в формировании квадратичной оптической нелинейности
1.3.1. Характерные титанокислородные полиэдры в кристаллах
1.3.2 Структура и свойства титанилфосфата калия
1.3.3 Структурное положение титана в титансодержащих стеклах
1.3.3.1. Бинарные системы ТЮ28Ю2, К2ОТЮ2 и ТЮ2Р5.
1.3.3.2. Системы КТЮ28Ю2, ТЮ28Ю2, КТЮ2Р5 и
ЫаТЮ2Р5
2. Выводы из обзора литературы и обоснование основных направлений исследования.
3. Методическая часть.
3.1. Выбор составов, приготовление шихты и синтез стекол
3.2. Методы исследования кристаллизационного поведения стекол
3.2.1. Дифференциальнотермический анализ ДТА.
3.2.2. Рентгенофазовый анализ РФА.
3.2.3. Определение температурных областей прозрачности, опалесценции и кристаллизации стекол
3.3. Методы изучения микроструктуры и наноструктуры в стеклах
3.3.1. Электронная микроскопия ЭМ.
з
3.3.2. Малоугловое рассеяние нейтронов МУРН.
3.4. Генерация второй гармоники ГВГ.
3.5. Инфракрасная спектроскопия.
3.6 Спектры пропускания в видимой области спектра
4. Результаты эксперимента и их обсуждение
4.1. Стеклообразование в системах К2ОТЮ2Р2О5, КТЮ2Р58Ю2, КТЮ2Р5Вз, КТЮгР5В38Ю2.
Оценка однородности исходных стекол методом МУРН
4.2. Кристаллизационное поведение калиевотитанофосфатных КТР стекол.
4.2.1. Система КТР5
4.2.2. Система КгОТОгРгОзОг
4.2.3. Система К2ОТО2Р2О5В2О3.
4.2.4. Влияние малых добавок А на кристаллизационные
свойства стекол в системе К2ОТЮ2Р2О5В2О3.
4.2.5. Система КТЮ2Р5Вз8Ю2
4.2.5. Кристаллизационное поведение КТР стекол по данным ИК
спектроскопии
4.2.6. Характерные особенности кристаллизации КТР стекол.
Аморфное фазовое разделение, предшествующее кристаллизации
4.3. Субмикроскопическое строение исследуемых стекол
4.3.1. Микроструктура КТР стекол по данным электронной микроскопии
4.3.2. Наноструктура исследуемых стекол по данным МУРН
4.3.3. О возможности формирования в объеме КТР стекол квази
периодических наноструктур
4.4. Квадратичная оптическая нелинейность в зависимости
от тепловой истории и субмикроскопического строения КТР стекол.
4.5. Механизмы возникновения оптической нелинейности в
КТР стеклах. Преимущества КТР стекол как наномасштабных нелинейнооптических сред
5. Общие выводы
Список литературы


Фотометрические свойства связаны со способностью стекла изменять энергетические характеристики электромагнитного излучения. К фотометрическим свойствам стекла относятся показатели поглощения и рассеяния света, их спектральные зависимости, угловая (индикатриссная) зависимость рассеяния и люминесцентные свойства. При низких интенсивностях электромагнитного излучения свойства большинства стекол линейны. Нелинейность, возникающая рано или поздно при повышении интенсивности внешнего электромагнитного излучения, ранее всегда рассматривалась как явление нежелательное []. В настоящее время оптическая нелинейность в прозрачных средах привлекает все большее внимание исследователей. Нелинейно-оптические свойства включают зависимость показателя преломления от интенсивности первичного пучка, второй и третий порядок генерации оптической гармоники, явления, связанные с самофокусировкой и фазовыми синхронизмом, и др. Последнее десятилетие свидетельствует о резком увеличении интереса к развитию новых технологий и материалов на основе стекол с нелинейно-оптическими свойствами []. Каждый из коэффициентов x(l>» X(2)» Х(3) может быть комплексным с действительной и мнимой частями. В стеклах из-за макроскопической инверсионной симметрии х(2)=0 [, ]. Все без исключения вещества обладают отличной от нуля восприимчивостью третьего порядка, однако, значения х (3)для различных веществ отличаются на много порядков. Если в кварцевом стекле х<3)~ 4*‘ esu, то допирование кварцевого стекла кристаллами полупроводников CdS(|. X)Sex приводит к увеличению х(3) на шесть порядков []. Оптическая нелинейность является необходимым условием для управления световыми потоками посредством исключительно оптических средств. Оптическая нелинейность может быть использована для генерации или усиления света в световодах, для придания формы оптическим сигналам, для модулирования их по амплитуде или сдвига по частоте. Можно различать два типа нелинейности: нелинейность, происходящая в результате рассеяния света и приводящая к частотной конверсии (стимулированное брюллиэновское и стимулированное рамановское рассеяния) и нелинейность как следствие зависимости показателя преломления от интенсивности падающего пучка, которая приводит либо к комбинации нескольких волн, либо к фазовым модуляциям (four-wave mixing, self-phase and cross-phase modulation). Например, стимулированное рамановское рассеяние можно выразить через мнимую часть х (J>> приводящую к изменению интенсивности [-]. Четырех-волновое смешение, приводящее к частотной конверсии может быть выражено через действительную часть х( ) []. В качестве примера на рис. Х(1) =(по2-1)/4тг (2). X(3) = (X (1))4х I О' (esu) (3). X(3)=Xs(3)[(lc,s/lc)d3co/l3co. Xs0) - кубическая восприимчивость стандартного образца (кварцевое стекло, 2. Еср2- квадрат среднего электрического поля. I - интенсивность внешнего поля (ватт). КВ=о. Рис. Спектры стимулированного рамановского рассеяния в волноводе. Yi и у2 коэффициенты нелинейной рефракции I и II порядков []. Как уже упоминалось выше, в стеклах из-за макроскопической инверсионной симметрии х (2) =0- Тем не менее генерация второй гармоники может быть достигнута в стеклах, подвергнутых электрической поляризации (poling). Процесс поляризации заключается в приложении постоянного электрического поля (dc) к образцу стекла при температуре, близкой температуре стеклования Tg и охлаждении стекла в поле. Первый механизм связан с восприимчивостью второго порядка, индуцированной электрическим полем. Второй механизм связан с вторым порядком оптической нелинейности возникшей в результате переориентации локального поля Е|ос полярных связей, которые имеют постоянные дипольные моменты р и сверхполяризуемость р. Оптическую нелинейность второго порядка можно выразить через генерацию второй гармоники (ГВГ). В стеклах, симметрия которых отвечает симметрии шара, эффект ГВГ отсутствует. На начальных стадиях кристаллизации, когда массообразование упорядочивает фрагменты структуры или появление зародышей будущих кристаллов вызывают пространственную модуляцию кубической поляризации среды (третий член в уравнении 1), ситуация с ГВГ изменяется.